211service.com
Radioactief verval anomalie eindelijk verklaard (misschien)
In 2007 deden natuurkundigen van de GSI zware-ionenversneller in Darmstadt, Duitsland, een raadselachtige ontdekking.
Deze mannen waren de radioactieve vervalsnelheden aan het meten van praseodymium- en promethiumkernen die op één of twee van hun elektronen waren ontdaan, waardoor ze een lading van meer dan +50 hadden.
Onder deze omstandigheden is bekend dat kernen op vreemde manieren vervallen. Kale kernen kunnen bijvoorbeeld niet vervallen door elektronenvangst. Dit dwingt ze om op andere, minder gebruikelijke manieren te vervallen, waardoor hun vervalsnelheid enorm verandert.
Meer in het algemeen weten natuurkundigen al enige tijd dat veranderingen in temperatuur en druk de vervalsnelheid met ongeveer een procent kunnen beïnvloeden, waarschijnlijk omdat dit ook de elektronendichtheid rond kernen met een kleine hoeveelheid verandert.
Maar wat de GSI-jongens vonden, was nog vreemder. Ze ontdekten dat de normale exponentiële vervalsnelheid van praseodymium en promethium oscilleerde met een periode van ongeveer 7 seconden. Het was alsof er een oscillatie was gesuperponeerd op de normale exponentiële vervalcurve.
Hun experiment is interessant omdat het uniek is. Deze jongens produceren een handvol ionen in een synchrotron en meten elk ervan af door de verandering die het produceert in de resonantie van de ionenbundel terwijl deze circuleert.
Dit geeft een exacte meting van de levensduur van elk ion, in plaats van een gemiddelde meting van de halfwaardetijd van een bulkmateriaal, zoals alle andere experimenten doen. Het is gemakkelijk in te zien dat dit effect bij dit soort experimenten uitgesmeerd en onzichtbaar zou zijn
Zoveel natuurkundigen geloven dat het GSI-experiment eigenlijk de eigenschappen van radioactief verval in zijn puurste vorm meet.
De grote vraag is natuurlijk wat de oorzaak is van de GSI-afwijking, zoals deze bekend is geworden? De eerste verklaringen waren gericht op de mogelijkheid dat neutrino-oscillaties het effect zouden kunnen verklaren.
Praseodymium- en promethiumkernen vervallen op twee manieren via de zwakke kracht. Een proton kan een elektron vangen en een neutron en een elektron-neutrino produceren. Of het proton kan spontaan vervallen in een neutron, een positron en een elektron-neutrino.
De gedachte was dat de neutrino's die bij deze reactie worden geproduceerd, in andere typen zouden kunnen veranderen, waardoor de vervalsnelheid met een kleine hoeveelheid zou worden beïnvloed.
Verschillende natuurkundigen wezen er echter op dat het resultaat niet kan worden verklaard door neutrino-oscillaties om de eenvoudige reden dat deze alleen kunnen optreden nadat het neutrino is geproduceerd en wanneer het zich op een aanzienlijke afstand van de kernen bevindt.
Dat heeft natuurkundigen een gênant verlies bezorgd. Bij gebrek aan een redelijke verklaring is de GSI-anomalie een ongemakkelijke kriebel geworden in de kern van de kernfysica.
Vandaag heeft Francesco Giacosa bij J.W. De Goethe-universiteit in Frankfurt en Giuseppe Pagliara aan de Universita di Ferrara in Italië bieden een welkome afwisseling.
Deze jongens zeggen dat de GSI-anomalie kan worden verklaard als de twee vervalmechanismen van praseodymium- en promethium-kernen werken op enigszins verschillende energieën. De vervalsnelheid van elk mechanisme alleen zou een standaard exponentiële curve zijn, zij het met enigszins verschillende snelheden.
Maar hier is de sleutel. Wanneer beide mechanismen samen voorkomen, oscilleert het systeem daartussen. Dus de periodieke variaties die bij GSI worden waargenomen, zijn gewoon het effect van het systeem dat van het ene vervalmechanisme naar het andere springt. Giacosa en Pagliara vergelijken dit met de bekende Rabi-oscillaties die in veel kwantumsystemen voorkomen.
Het meest opwindende is dat deze theorie tot een interessante voorspelling leidt. Giacosa en Pagliara zeggen dat als het GSI-team de vervalsnelheid kan meten met intervallen die veel korter zijn dan 7 seconden, de vervalsnelheid snel tot nul zou moeten dalen. Als het experiment bij GSI een paar punten onder de 10 s zou kunnen meten, zou onze interpretatie gemakkelijk kunnen worden afgewezen of goedgekeurd, zeggen ze.
Deze ideeën hebben bredere implicaties. Giacosa en Pagliara zeggen dat dit effect andere vreemde periodieke variaties in vervalsnelheden zou kunnen verklaren die natuurkundigen over veel langere tijdschalen hebben waargenomen. We hebben er enkele bekeken hier .
Bovendien zijn de variaties duidelijk fundamentele effecten in de kwantummechanica die ingrijpende gevolgen kunnen hebben voor ons begrip van de nucleaire processen die zich in de sterren afspelen.
En dit alles betekent dat er meer plezier te beleven valt aan de GSI-afwijking, of deze verklaring nu waar blijkt te zijn of niet.
Referentie: arxiv.org/abs/1110.1669 : Oscillaties in de vervalwet: een mogelijke kwantummechanische verklaring van de GSI-anomalie?